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考古机器人诞生记今时

发布时间:2019-09-29 17:28:13 阅读: 来源:扫雪板厂家

考古机器人诞生记

考古机器人安装使用十分简便

考古机器人爬坡表演

2008年7月,位于西安市长安区大兆乡庞留村西侧的庞留唐墓现场,考古人员正在紧张工作。因为发现了盗洞,他们要对这座古墓进行抢救性发掘。

以往发掘之前,考古人员需要身入尚未打开的古墓内部开展考古调查。这一回,他们却没有这么做。只见一台装有履带的小机器,沿着盗洞缓缓进入墓穴之中。不一会儿,工作人员面前的视频之上,出现了圆形的墓室,而墓壁之上,则布满了壁画。与此同时,墓室之中的温度、湿度以及相关气体的指标也传导到了大家的手中。

这是可以在我国考古史上留下重重一笔的一幕。在我国之前的考古工作中,这样的智能化预先探测从未有过。

让考古人员不用再冒着风险身入墓室的这个机器,俗称考古机器人,正式的名称则是“考古发掘现场智能探测系统”。作为国家科技支撑计划项目“文物出土现场保护移动实验室研发与应用”的重要研究成果,日前,这个“小家伙”也凭着自己的灵敏与高效,拿到了2012年度国家科技进步奖二等奖的荣誉。

古墓探查风险重重

在我国考古界,长期以来,对地下墓葬类封闭空间的探查,主要采用的是洛阳铲。这种探查方式,是用洛阳铲在探查区打出竖直的探洞,依据洛阳铲带出的泥土变化的特征,来判断地下遗存的状况。

“这种探查方法尽管简便,其判断依据却是间接的。其原理是通过带出的土样的变化来判断土壤是否被扰动过,通过土样中的夹杂物判断物质遗存,通过打探时感觉到打空了来判断下空的空间。”国家博物馆学术研究中心副主任、研究馆员铁付德长期致力于文化遗产保护研究,对传统探查方法的利弊了然于胸:“这种方法带有一定的随机性,并无法准确判断地下遗存的存在和分布。而且,当地下存在遗存时,洛阳铲难免正好打在文物上,存在一定的损害文物的风险。”

考古人员如果要身入墓室,也是风险重重。铁付德介绍,古代墓葬年代久远,尸体和其他物质的氧化腐败,耗尽了其中的氧气,同时也会生成一些有害的气体,比如二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、甲烷,按照古人的埋葬文化可能还会存在汞蒸气。此外,由于地下潮湿、阴暗,可能还会存在一些微生物。无氧和上述气体以及微生物的存在,对考古人员必然造成有害影响。在国内考古发掘中,就出现过进入地下墓葬的发掘人员身上发痒起疹子的案例。

没有行之有效的手段,实际上已经成了制约地下墓葬考古发掘的一个瓶颈。

一个偶然的机会,铁付德了解到,国外考古人员在对埃及金字塔内部一个狭长通道远端的情况进行探查时,曾数次使用过机器人。这让他深受启发:“在智能控制技术十分发达的今天,能否将机器人技术与考古调查结合起来,实现考古调查的智能化探测?”

香港科技大学自动化技术中心主任李泽湘教授是铁付德大学时期的同学。他也是国际机器人大会的主席,在智能控制领域非常有名。为了进一步论证自己的想法,铁付德与这位正在哈尔滨工业大学深圳研究生院担任特聘教授的大学同学讨论过多次。双方一拍即合,决定一起合作,共同研发一套“考古发掘现场智能探测系统”。

让它有更好的“体形”

2007年,在国家文物局的组织下,由国家博物馆牵头,联合哈尔滨工业大学深圳研究生院和香港科技大学的智能控制研究团队开始合作研制考古机器人。

按照铁付德他们一开始确定的设计思路,考古机器人采用了双履带和稳定控制器设计方式。“由于要在墓葬中移动,机器人应具有爬坡能力和稳定性。此外,为了完成探测,机器人还要携带探测温度、湿度、氧气、二氧化硫、硫化氢和甲烷的6个传感器,以及具有云台模式的夜视红外摄像装置。”这些配置,是围绕考古调查的需求进行设计的。

不过,这个设计方案出来后,一些专家提出了意见。专家的担心主要集中在两点:一是机器人体量和重量过大,会对地下遗存有干扰或损坏;二是,关于考古机器人的设计,想法很好,不过,机器人如何进入墓葬呢?

研发过程的最难点并不在机器人技术本身,而是如何在考古发掘需求与机器人技术之间找到结合点。承担研发任务的哈工大深圳研究生院朱晓蕊博士说,例如,只有把墓穴出入口的大小、辅道的长短、需检测气体的种类都确定无误,才能制作出相应的机器人,否则就不能适应考古发掘工作。而随着考古发掘探测要求的升级变化,对机器人的要求也会不断提高。

为了解决研发中发现的问题,铁付德决定带领研究团队对考古现场进行调研。

他们从北京出发,沿途考察了郑州、新郑、洛阳和西安地区的一些考古发掘现场,并与一些考古专业人员进行了多次座谈。根据调研和座谈收集到的信息、意见,他们又对设计进行了修改。

调整后的思路,将机器人的履带长度缩小到16厘米,其上载有的所有部件采用最小化元件,缩减尺寸和整体重量。另外,机器人系统采用可拆卸组装式设计,既可以组装成履带车型,也可将其中关键部件拆下,组装成圆柱状。第一种履带式机器人可沿盗洞进入墓葬,第二种圆柱状机器人可沿探洞进入。

这个设计思想形成后,在设计上要解决不降低功能减小尺寸和重量,一切部件都要重新选型;设计上要实现可拆卸组装,需要解决在两种模式下的布局、结构和衔接;在组装成圆柱状时,技术设计上要能实现最小的圆柱直径,最后实现的圆柱状直径9厘米。

这种设计和进入方式最后获得了考古学家和文物保护专家的一致认可。

“这部机器人有着更符合考古发掘要求的‘体形’‘视觉’和‘嗅觉’。”负责项目全程指导的李泽湘教授说。

在考古现场大显身手

最终制成的考古机器人直径10厘米,高39厘米,可根据需要像“变形金刚”一样组装成直筒式和履带式。

考古机器人研制出来后,进入了试验阶段。

由于西安地区的文化遗产极为丰富,铁付德他们将试验地点选择在西安。于是,在西安市长安区庞留唐墓的考古工作中,出现了本文开头提到的一幕。

得益于考古机器人的不只是庞留唐墓,在西安延廉汉墓的考古发掘中,考古机器人也得到了成功应用。西安延廉汉墓是一座土墓。考古人员先以探铲打探洞,刚至下空则停。然后,他们以圆柱状机器人下入墓室,通过考古机器人,墓室中温湿度及气体含量数据成功返回到地面控制工作站,而视频则可以见到墓葬穹顶、墓内淤土、木门封砖,以及墓葬大致尺寸、深度。(思 哲)

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